UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SANTA
FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA ACADÉMICA PROFESIONAL INGENIERIA MECÁNICA
CICLO:
VI
CURSO : :
Termodinámica II
PROFESOR:
Hugo Calderón Torres
ESTUDIANTE: Salvador Saravia, Luis
TEMA
:
E.A.P:
FECHA:
Ciclos de motor ING. MECANICA. MECANICA.
NVO. CHIMBOTE - PERU
2012
0201016002
MOTORES CON CICLO OTTO: Solución (aire estándar) 15.9 La relación de compresión compresión de un ciclo Otto es 8:1. Antes de comenzar la carrera de compresión en el ciclo la presión es 0,98 bar y ia temperatura 27 °C. El calor suministrado al aire en cada ciclo es 1.430 kj/kg. Utilizando los datos de la Tabla A.5. Determínese (a) la presión y la temperatura al final de cada proceso del ciclo, (b) el rendimiento térmico, (c) la presión media efectiva, en bar. y (d) el flujo volumétrico de aire, en m3/min, medido en las condiciones existentes al comenzar la compresión, necesario para producir 120 kW. Datos
Solución (aire estándar) Proceso 1-2
Tenemos la temperatura vamos a tablas del aire como gas ideal (Cengel) e interpolamos
Pr2=24.88 u2=491.21kj/kg
Proceso 2-3 El calor suministrado es:
Proceso 3-4
Tenemos la temperatura vamos a tablas del aire como gas ideal (Cengel) e interpolamos
;
Ahora el calor cedido o suministrado viene dado dado por:
Ahora hallemos hallemos el flujo másico:
̇ ̇ ̇ ̇ ̇̇ ̇ ̇ ̇ Entonces hallemos el flujo volumétrico:
̇ ̇ Respuestas: a) Presión y temperatura final de cada proceso
b) El rendimiento térmico
c) La presión media efectiva
d) El flujo volumétrico
Ahora hallemos el flujo másico:
̇ ̇ ̇ ̇ ̇̇ ̇ ̇ ̇ Entonces hallemos el flujo volumétrico:
̇ ̇ 5.11. La relación de compresión de un ciclo Otto es 8:1. Antes de comenzar la carrera de compresión en el ciclo la presión es 0,98 bar y la temperatura 27 °C. Durante el suministro de calor el valor de P 3/P2 es 2.90. Utilizando los datos de la Tabla A.5, determínese (a) la presión y latemperatura al final de cada proceso del ciclo, (b) el rendimiento térmico, (c) la presión media efectiva, en bar, y (d) el flujo volumétrico de aire, en m3/min, medido en las condiciones existentes al comenzar la compresión, necesario para producir 120 kW. Datos:
Solución (aires estándar) (tabla de K. Wark)
Proceso 1-2 T1= 3000k , P1= 0.98bar
,
,
Proceso 2-3
,
T2= 673.080k
Como Y
=>
Relacionamos los dos estados mediante la ecuación de los gases ideales
Con
,
Proceso 3-4
a) La presión y la temperatura al final de cada proceso del ciclo.
b) El rendimiento rendimiento térmico. térmico.
c) la presión media efectiva, en bar.
d) el flujo volumétrico de aire, en m 3/min, medido en las condiciones existentes al comenzar la compresión, necesario para producir 120 kW.
̇ ̇ ̇ ̇ 15.12 En un ciclo Otto de aire estándar, estándar, el aire se encuentra encuentra a 0.095MPa y a 22 °C al comenzar la carrera carrera de compresión, y el volumen volumen del cilindro es 2.800cm3. La relación de compresión es 9, y el proceso de suministro de calor se transfiere 4.30KJ. Utilizando los valores de la tabla determínese, a) la temperatura y la presión al final del proceso de suministro de calor y de expansión, b) el rendimiento térmico, c) la presión media efectiva.
Datos
r=9
solucion (aire estandar frio )(tablas del Moran Shapiro) Proceso 1-2
Proceso 2-3
=>
Como
Se tiene:
2282.32kj/Kg ;
0.269 ;
Proceso 3-4
a) Calculo de las presiones y temperatur temperaturas as al final de cada proceso
b) Calculo de rendimiento térmico
c) La presión media efectiva
[ ] KJ
d) Ahora hallamos el flujo volumétrico
̇ ̇ ̇ ̇ ̇̇ ̇ ̇ ̇ Entonces hallemos el flujo volumétrico
̇ ̇ ̇ 15.14 En un ciclo Otto de aire estándar, el aire se encuentra a
y
al comenzar la carrera de compresión, y el volumen del cilindro es
la relación de comprensión es
suministro de calor se comunican
, y en el proceso de . Determine: a) La
temperatura y la presión al final de los procesos; b)El rendimiento térmico; c)La presión media efectiva en
; d) El rendimiento térmico
de un motor de Carnot que funcionase entre las mismas temperaturas. Datos
Solución (aire estándar) (tablas de cengel) Proceso 1-2
Proceso 2-3
Proceso 3-4
Repuestas a) La presión y temperatura máxima del ciclo
b) El rendimiento térmico:
c) La presión media efectiva
̇ ̇
15.15 Un ciclo Otto de aire estándar funciona con una relación de compresión de 8,55, y el aire al comienzo de la compresión se halla a 98 kPa y 32 °C. La presión se triplica en el proceso de suministro de calor. Utilizando la tabla A.5, determínese determínese (a) las temperaturas temperaturas en en el ciclo, en kelvin, kelvin, (b) el rendimiento térmico, (c) la presión media efectiva en kPa, y (d) el rendimiento térmico de un motor de Carnot que funcionase entre los mismos límites de temperatur temperatura a Datos:
Solución: (aire estándar) (tablas de Moran Shapiro) Proceso 1-2
⁄
Proceso 2-3
Proceso 3-4
Respuestas a) la temperatura en el ciclo
b) rendimiento térmico
c) presión media efectiva
Nos hace falta conocer los volúmenes específicos, específicos, para ello recurrimos a la ecuación de los gases ideales.
15.16 Considérese un ciclo Otto de aire estándar que tiene una relación de compresión de 8,3 y al que se le suministra una cantidad del calor de 1.456 kJ/kg. Si la presión y la temperatura al comienzo de proceso de compresión son 0,095 MPa y 7°C. determínese utilizando los valores de la Tabla A.5 (a) la presión y temperatura máximas del ciclo, (b) el trabajo neto obtenido, en
kJ/kg. (c) el rendimiento térmico, y (d) la presión presión media efectiva efectiva en mega pascales.
Datos:
⁄
Solución: (aire estándar frio) Proceso 1-2 Por los dato del problema
Proceso 2-3
⁄
Proceso 3-4
Respuestas: a) presión y temperatura máximas
Presión máxima:
Temperatura máxima: b) trabajo neto
[ ] ⁄ b) rendimiento térmico
c) presión media efectiva
Nos hace falta conocer el volumen específico 1, para ello recurrimos a la ecuación de los gases ideales.
⁄
Solución (aire estándar frio) 15.9 La relación de compresión compresión de un ciclo Otto es 8:1. Antes de de comenzar la carrera de compresión en el ciclo la presión es 0,98 bar y ia temperatura 27 °C. El calor suministrado al aire en cada ciclo es 1.430 kj/kg. Utilizando los datos de la Tabla A.5. Determínese (a) la presión y la temperatura al final de cada proceso del ciclo, (b) el rendimiento térmico, (c) la presión media efectiva, en bar. y (d) el flujo volumétrico de aire, en m3/min, medido en las condiciones existentes al comenzar la compresión, necesario para producir 120 kW.
Solución: (Método del aire estándar frio ) Proceso 1-2:
Proceso 2-3
También se cumple que:
Proceso 3-4
Proceso 4-1
Entonces hallemos el calor calor
̇ ̇ ̇ ̇ ̇̇ ̇ ̇ ̇ Entonces hallemos el flujo volumétrico:
̇ ̇ Respuestas: a) Presión y temperatura final de cada proceso
b) El rendimiento térmico
c) La presión media efectiva
Pero Hallemos su volumen:
Reemplazando en
d) El flujo volumétrico
̇ ̇ ̇ ̇ ̇̇ ̇ ̇ ̇ Entonces hallemos el flujo volumétrico:
̇ ̇ 15.12 En un ciclo Otto de aire estándar, estándar, el aire se encuentra encuentra a 0.095MPa y a 22 °C al comenzar la carrera carrera de compresión, y el volumen volumen del cilindro cilindro es 2.800cm3. La relación de compresión es 9, y el proceso de suministro de calor se transfiere 4.30KJ. Utilizando los valores de la tabla determínese, a) la temperatura y la presión al final del proceso de suministro de calor y de expansión, b) el rendimiento térmico, c) la presión media efectiva. Datos
r=9
solucion (aire estandar frio ) Proceso 1-2:
y
Por ser isentrópico podemos usar la ecuación:
Proceso 2-3:
Como
Proceso 3-4
a) Calculo de rendimiento térmico
b) Calculo de la presión media efectiva Se sabe que:
( ) ̅⁄ [ ] Utilizamos la siguiente ecuación:
c) Hallamos el flujo volumétrico
̇ ̇ ̇ ̇ ̇̇ ̇ ̇ ̇ Entonces hallemos el flujo volumétrico
̇ ̇ ̇ MOTORES CON CICLO DIESEL: Solución (aire estándar) 15.28 Un ciclo Diesel de aire estándar funciona con una relación de compresión de 16.7 y una relación de corte de 2. La temperatura y presión al comienzo de la compresión son 37 °C y 0,10 MPa, respectivamente. Determínese (a) la temperatura máxima del ciclo, en kelvin. (b) la presión después de la expansión isoentrópica, en MPa, c) el calor suministrado por ciclo, en kJ/kg. y (d) el flujo volumétrico de aire, medido en las condiciones existentes al comenzar la compresión, necesario para producir 200 kW. Utilícense los valores de la Tabla A.5.
Datos
Solución: (aire estándar)(tablas de cengel) Proceso 1-2:
Tenemos
vamos a tablas del del aire como gas gas ideal (Cengel) e interpolamos T2=900K
Pr2=75.29 u2=674.58kj/kg
Proceso 2-3
Proceso 3-4
=
Respuestas a) Temperatur Temperatura a máxima:
´
b) La presión después de la expansión
c) Calor suministrado
d) El flujo volumétrico
685.39-221.25=464.14kj/kg
El trabajo está definido definido en los puntos puntos donde al comienzo de la comprensión comprensión es:
̇ ̇ ̇ ̇ ̇ ̇ ̇ ̇ Entonces hallemos el flujo volumétrico:
̇ ̇ 15.30 Las condiciones de entrada entrada a un ciclo Diesel Diesel de aire estándar estándar que funciona con una relación de compresión de 15:1 son 0.95 bar y 17 °C. AI comienzo de la compresión el volumen de! cilindro es 3.80 L, y el suministro de 7.5 kJ de calor al sistema tiene lugar en un proceso a presión constante. Determínese (a) la presión y la temperatura al final de cada proceso del ciclo, y (b) el rendimiento térmico y ¡a presión media efectiva. Datos:
Solución: (aire estándar) (tablas Mora Shapiro)
⁄
Proceso 1-2
⁄
Proceso 2-3
⁄ ⁄
Proceso 3-4 Para relacionar estos estados usamos volúmenes relativos
⁄
Respuestas a) la temperatura temperatura y presión en cada estado estado del ciclo
b) rendimiento térmico
⁄
c) presión media efectiva
( )
15.31 A un ciclo Diesel de aire estándar se le suministran 1659 kJ/kg de calor por ciclo. La presión y la temperatura al comienzo de la compresión son, respectivamente, 0.095 MPa y 27 °C, y la presión después de la compresión es 3,60 MPa. Determínese (a) la relación de compresión,(b) la temperatura máxima del ciclo, en kelvin, (c) la
relación de corte,(d) la presión después de la expansión isoentrópica, isoentrópica, en mega pascales, y(e) el trabajo neto, en KJ/kg. Utilícese la Tabla A.5. Datos
Solución (aire estándar)(tablas de cengel) Proceso 1-2
Proceso 2-3
̇ Proceso 3-4
Respuestas a) relación de compresión:
b) temperatura máxima
c) relación de corte:
d) presión máxima:
e) trabajo neto:
15.32 Un ciclo Diesel de aire estándar tiene una relación relación de compresión de 15,08:1. La presión y la temperatura al comienzo de la compresión son 1 bar y 27 °C, respectivamente. respectivame nte. Si la temperatur temperatura a máxima del ciclo ci clo es 2.250 K. determínese (a) la relación de corte, (b) la presión máxima en bar, (c) el rendimiento térmico, y (d) la presión media efectiva, en bar. Datos
Solución (aire estándar) (tablas de cengel) Proceso 1-2
Proceso 2-3
Proceso 3-4
Respuestas a) Relación de corte
b) La presión máxima en bar
c) rendimiento térmico
d) La presión media efectiva
Solución (aire estándar frio) 15.35I Un ciclo Diesel de aire estándar funciona con una relación de compresión de 14.8 y una relación de corte de 2. La temperatura y presión al comienzo de la compresión son 100 3F y 14.5 psia. Respectivamente. Determínese (a) la temperatura máxima del ciclo, en grados Rankine, (b) la presión después de la expansión isoentrópica, en psia. y (c) el calor suministrado por ciclo, en Bm1bm. Utilícense los valores de la Tabla A.5I. Datos:
Solución: (aire estándar frio) Proceso 1-2
Proceso 2-3
Proceso 3-4
⁄ ⁄ Respuestas: a) Temperatura máxima
b) presión después de la expansión
c) Calor suministrado
15.36I Las condiciones de entrada a un ciclo diesel de aire estándar que funciona con una relación de comprensión de 1.5 con 14,4 psi y 60°F. La relación de combustión es a) 2.84 y b) 2.0. Determínese (1) la presión y la temperatura final de cada proceso del ciclo y (2) el rendimiento térmico y la presión media efectiva: Solución (aire estándar) Proceso 1-2
Teniendo el volumen relativo nos vamos a tablas y hallamos:
Proceso 2-3
Proceso 3-4
a) Determinar la presión y temperatura en cada estado:
15.37I A un ciclo Diesel de aire estándar se le suministran 724 Btu/lbm de calor por ciclo. La presión y la temperatura al comienzo de la compresión son respectivamente. 14,0 psia y 80 °F, y la presión después de la compresión es 540 psia. Determínese (a) la relación de compresión. (b) la temperatura máxima del ciclo, en grados Rankine. (c) la relación de corte, (d) la presión después de la expansión isoentrópica, en psia, y (e) el flujo volumétrico de aire, medido en las condiciones existentes al comenzar la compresión, necesario para producir 150 hp. Utilícese la Tabla A.5I. Datos
̇ Solución (aire estándar frio) Proceso 1-2
Proceso 2-3
Proceso 3-4
Respuestas a) La relación de compresión
b) La temperatura máxima del ciclo
c) La relación de corte
d) La presión después de la expansión isoentropica
e) El flujo volumétrico de aire
̇ ̇ ̇ ̇ ̇ MOTORES CON CICLO DUAL: Solución (aire estándar) 15.40Un ciclo dual de aire a ire estándar funciona con una relación de compresión de 15:1. Las condiciones al comienzo de la compresión son 17 °C. 0,95 bar y 3.80 L. El calor suministrado al ciclo es 6.60 kJ. Un tercio del cual se suministra a volumen constante y el resto a presión constante. Determínese (a) la presión al finalizar el suministro de calor a volumen constante, en bar. (b) la temperatura antes y después de suministrar el calor a presión constante, en kelvin. (c) la temperatura después de la expansión isoentrópica. y(d) el rendimiento térmico
Datos
Volumen de cilindro: 3.80*
Solución: (aire estándar)(tablas de Cengel) Proceso 1-2
⁄ Pr1=1.2311;
Proceso 2-3:
El calor suministrado a volumen constante es:
⁄ Reemplazando en
:
Entonces
Proceso 3-4:
⁄ Con
Ahora hallemos la relación de combustión combustión::
Proceso 4-5:
⁄ Respuestas a) La presión al final al finalizar el suministro de calor a volumen constante:
b) La temperatura temperatura antes y después después de suministrar el calor calor a presión constante: constante:
=2221.93K
c) La temperatur temperatura a después de la expansión isoentropica:
d) El rendimiento térmico:
15.41. Un ciclo dual de aire estándar funciona con una relación de compresión de 14:1. Las condiciones al comenzar la compresión isoentrópica son27 °C y 96 kPa. El calor total suministrado es 1.480 kJ/kg, de los que la cuarta parte se suministra a volumen constante v el resto a presión constante. Determínese (a) la temperatura al final de cada uno de los procesos del ciclo, en kelvin, (b) el rendimiento térmico, (c) la presión presión media efectiva en bar. bar. Datos
P1=96 kPa
Solución (aire estándar) (tablas de cengel) Proceso 1-2
Proceso 2-3
Proceso 3-4
Proceso 4-5
Respuestas a)
La temperatura al final de cada uno de los procesos del ciclo. En kelvin
,
,
,
,
b)
El rendimiento térmico
[ ] c)
La presión media efectiva en bar
15.43 Un ciclo dual dual de aire estándar estándar funciona con una relación de compresión de 14:1. 14:1. Las condiciones ai comenzar la compresión isoentrópica son 27 °C y 96 kPa. El caior total suministrado es 1.470 kJ/kg. del que una tercera parte se suministra a volumen constante el resto a presión constante. Determínese ia) la temperatura a! final de cada uno de los procesos del ciclo, en kelvin, (b) el rendimiento térmico, y (c) la presión media efectiva en bar.
Datos
Solución (aire estándar) Proceso 1-2
Proceso 2-3
Proceso 3-4
Proceso 4-5
Respuestas a) La temperatura al final de cada uno de los procesos
b) El rendimiento termico
c) La presión media efectiva efectiva
Solución (aire estándar frio) 15.45I Un ciclo dual de aire estándar estándar funciona con una relación relación de compresión de de 14:1. Las condiciones al comenzar la compresión isoentrópica son 80 °F y 14.5 psia. El calor total suministrado es 800 Btu/lb^,, del que la cuarta parte se suministra a volumen constante y el resto a presión constante. Determínese (a) la temperatura, en grados Rankine. Al final de cada uno de los procesos del ciclo, (b) el rendimiento térmico, y (c) la presión media efectiva. Datos:
Solución: (aire estándar frio) Proceso 1-2
Proceso 2-3
Proceso 3-4
⁄
Proceso 4-5
⁄ ⁄ ⁄ ⁄ El valor de
puede ser calculado como
Respuestas a) temperatura en cada estado del ciclo
b) trabajo neto
⁄ ⁄ ⁄ c) rendimiento térmico
